ARM啟動代碼設(shè)計參考

基于ARM的芯片多數(shù)為復雜的片上系統(tǒng)，這種復雜系統(tǒng)里的多數(shù)硬件模塊都是可配置的，需要由軟件來設(shè)置其需要的工作狀態(tài)。因此在用戶的應(yīng)用程序之前，需要由專門的一段代碼來完成對系統(tǒng)的初始化。由于這類代碼直接面對處理器內(nèi)核和硬件控制器進行編程，一般都是用匯編語言。一般通用的內(nèi)容包括： 
l         中斷向量表 
l         初始化存儲器系統(tǒng) 
l         初始化堆棧 
l         初始化有特殊要求的斷口，設(shè)備 
l         初始化用戶程序執(zhí)行環(huán)境 
l         改變處理器模式 
l         呼叫主應(yīng)用程 
1. 中斷向量表 
ARM要求中斷向量表必須放置在從0地址開始，連續(xù)8X4字節(jié)的空間內(nèi)。 
每當一個中斷發(fā)生以后，ARM處理器便強制把PC指針置為向量表中對應(yīng)中斷類型的地址值。因為每個中斷只占據(jù)向量表中1個字的存儲空間，只能放置一條ARM指令，使程序跳轉(zhuǎn)到存儲器的其他地方，再執(zhí)行中斷處理。 
中斷向量表的程序?qū)崿F(xiàn)通常如下表示： 
AREA Boot ,CODE, READONLY 
ENTRY 
B    ResetHandler 
B    UndefHandler 
B    SWIHandler 
B    PreAbortHandler 
B    DataAbortHandler 
B    IRQHandler 
B    FIQHandler 
其中關(guān)鍵字ENTRY是指定編譯器保留這段代碼，因為編譯器可能會認為這是一段亢余代碼而加以優(yōu)化。鏈接的時候要確保這段代碼被鏈接在0地址處，并且作為整個程序的入口。  
2. 初始化存儲器系統(tǒng) 
(1)存儲器類型和時序配置 
通常Flash和SRAM同屬于靜態(tài)存儲器類型，可以合用同一個存儲器端口；而DRAM因為有動態(tài)刷新和地址線復用等特性，通常配有專用的存儲器端口。 
存儲器端口的接口時序優(yōu)化是非常重要的，這會影響到整個系統(tǒng)的性能。因為一般系統(tǒng)運行的速度瓶頸都存在于存儲器訪問，所以存儲器訪問時序應(yīng)盡可能的快；而同時又要考慮到由此帶來的穩(wěn)定性問題。 
(2)存儲器地址分布 
一種典型的情況是啟動ROM的地址重映射。 
3. 初始化堆棧 
因為ARM有7種執(zhí)行狀態(tài)，每一種狀態(tài)的堆棧指針寄存器（SP）都是獨立的。因此，對程序中需要用到的每一種模式都要給SP定義一個堆棧地址。方法是改變狀態(tài)寄存器內(nèi)的狀態(tài)位，使處理器切換到不同的狀態(tài)，讓后給SP賦值。注意：不要切換到User模式進行User模式的堆棧設(shè)置，因為進入User模式后就不能再操作CPSR回到別的模式了，可能會對接下去的程序執(zhí)行造成影響。 
這是一段堆棧初始化的代碼示例，其中只定義了三種模式的SP指針： 
MRS   R0,CPSR 
BIC    R0,R0,#MODEMASK  安全起見，屏蔽模式位以外的其他位 
ORR   R1,R0,#IRQMODE 
MSR   CPSR_cxfs,R1 
LDR   SP,=UndefStack 
ORR   R1,R0,#FIQMODE 
MSR   CPSR_cxsf,R1 
LDR   SP,=FIQStack 
ORR   R1,R0,#SVCMODE 
MSR   CPSR_cxsf,R1 
LDR   SP,=SVCStack  
4. 初始化有特殊要求的端口，設(shè)備 
5. 初始化應(yīng)用程序執(zhí)行環(huán)境 
映像一開始總是存儲在ROM／Flash里面的，其RO部分即可以在ROM／Flash里面執(zhí)行，也可以轉(zhuǎn)移到速度更快的RAM中執(zhí)行；而RW和ZI這兩部分是必須轉(zhuǎn)移到可寫的RAM里去。所謂應(yīng)用程序執(zhí)行環(huán)境的初始化，就是完成必要的從ROM到RAM的數(shù)據(jù)傳輸和內(nèi)容清零。 
下面是在ADS下，一種常用存儲器模型的直接實現(xiàn)： 
LDR    r0,=|Image$$RO$$Limit|      ;得到RW數(shù)據(jù)源的起始地址 
LDR    r1,=|Image$$RW$$Base|      ;RW區(qū)在RAM里的執(zhí)行區(qū)起始地址 
LDR    r2,=|Image$$ZI$$Base|        ;ZI區(qū)在RAM里面的起始地址 
CMP    r0,r1                      ;比較它們是否相等 
BEQ    %F1 
0     CMP    r1,r3 
      LDRCC  r2,[r0],#4 
      STRCC  r2,[r1],#4 
      BCC    %B0 
1     LDR    r1,=|Image$$ZI$$Limit| 
      MOV   r2,#0 
2     CMP    r3,r1  
      STRCC  r2,[r3],#4 
      BCC    %B2 
程序?qū)崿F(xiàn)了RW數(shù)據(jù)的拷貝和ZI區(qū)域的清零功能。其中引用到的4個符號是由鏈接器第一輸出的。 
|Image$$RO$$Limit|：表示RO區(qū)末地址后面的地址，即RW數(shù)據(jù)源的起始地址 
|Image$$RW$$Base|：RW區(qū)在RAM里的執(zhí)行區(qū)起始地址，也就是編譯器選項RW_Base指定的地址 
|Image$$ZI$$Base|：ZI區(qū)在RAM里面的起始地址 
|Image$$ZI$$Limit|：ZI區(qū)在RAM里面的結(jié)束地址后面的一個地址 
程序先把ROM里|Image$$RO$$Limt|開始的RW初始數(shù)據(jù)拷貝到RAM里面|Image$$RW$$Base|開始的地址，當RAM這邊的目標地址到達|Image$$ZI$$Base|后就表示RW區(qū)的結(jié)束和ZI區(qū)的開始，接下去就對這片ZI區(qū)進行清零操作，直到遇到結(jié)束地址|Image$$ZI$$Limit| 
6. 改變處理器模式 
因為在初始化過程中，許多操作需要在特權(quán)模式下才能進行（比如對CPSR的修改），所以要特別注意不能過早的進入用戶模式。 
內(nèi)核級的中斷使能也可以考慮在這一步進行。如果系統(tǒng)中另外存在一個專門的中斷控制器，這么做總是安全的。 
7. 呼叫主應(yīng)用程序 
當所有的系統(tǒng)初始化工作完成之后，就需要把程序流程轉(zhuǎn)入主應(yīng)用程序。最簡單的一種情況是： 
IMPORT main 
B      main 
直接從啟動代碼跳轉(zhuǎn)到應(yīng)用程序的主函數(shù)入口，當然主函數(shù)名字可以由用戶隨便定義。 
在ARM ADS環(huán)境中，還另外提供了一套系統(tǒng)級的呼叫機制。 
IMPORT __main 
B     __main 
__main()是編譯系統(tǒng)提供的一個函數(shù)，負責完成庫函數(shù)的初始化和初始化應(yīng)用程序執(zhí)行環(huán)境，最后自動跳轉(zhuǎn)到main()函數(shù)。